微電網永磁風力發電機的設計

摘 要:小型風力發電市場潛力巨大。小型風電機組相關設備制造、小型風電技術研發、風電路燈等領域成為投資熱點，市場前景看好。本文設計的永磁發電機，具有體積小，功率密度高等特點。

關鍵詞:微網永磁風力發電機

中圖分類號:TM32文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0057-02

1 引言

目前原料供應短缺以及由于資源稀少產生的成本升高導致工廠和居民的生活成本增加。其中最重要的是來自石油、煤、天然氣等自然不可再生資源的缺乏。進入21世紀，學者們越來越多考慮到可持續發展，造福于后人的道路中來，人們開始減少對化石燃料無限制的開采和依賴。開始著眼于可再生能源的研發工作。目前可替代的主要能源有:燃料電池，甲醇，生物能，太陽能，潮汐能，風能。但是目前只有水力發電和核電發電功效比較顯著。但是對于核能的使用風險較大，在本次2011日本九級大地震中就體現出地質運動對于機組和反應堆有著摧毀的可能性。所以研究純凈低危害的風能刻不容緩。

2 微電網風力發電

我國較大規模地開發和應用風力發電機，特別是小型風力發電機，始于70年代，當時研制的風力提水機用于提水灌溉和沿海地區的鹽場，研制的較大功率的風力發電機應用于浙江和福建沿海，特別是在內蒙古地區由于得到了政府的支持和適應了當地自然資源和當地群眾的需求，小型風力發電機的研究和推廣得到了長足的發展。對于解決邊遠地區居住分散的農牧民群眾的生活用電和部分生產用電起了很大作用。

進入2008年下半年以來，受國際宏觀形勢影響，中國經濟發展速度趨緩。為有力拉動內需，保持經濟社會平穩較快發展，政府加大了對交通、能源領域的固定資產投資力度，支持和鼓勵可再生能源發展。作為節能環保的新能源，風電產業贏得歷史性發展機遇。為全面推動經濟社會發展，部分仍存在缺點、無電居民的地區加快小型風電發展步伐，加大了解決邊遠地區群眾供電難問題的投資力度，有力推動了小型風電的進一步推廣。

中國風力等新能源發電行業的發展前景十分廣闊，預計未來很長一段時間都將保持快速發展。隨著中國風電設備的國產化，風光互補系統等新型技術的日漸成熟，小型風力發電的成本可望再降，經濟效益和社會效益提升，小型風力發電市場潛力巨大。小型風電機組相關設備制造、小型風電技術研發、風電路燈等領域成為投資熱點，市場前景看好。

尤其是20世紀80年代初期，開始新興小型風力發電技術，目標是實現農村以及邊緣地區的電氣化措施之一。相關技術團隊研制的小型風力發電機供給農民一家一戶使用。目前，一千瓦的機組技術已經大力實行，形成了一萬臺每年的能力。近幾年來，連續十年之內國內消耗了5千臺機器以上，出口也多達100多套。

國內研制如今，可以生產不同規格的產品:100W，150W，200W，300W，500W，1kW，2kW，5kW，10kW小型風力發電機。

其中小功率的發電機最為暢銷。在電網不發達的農村地區，大約60萬的居民利用風能實現了電氣化。

3微電網的風機

小型家用風力發電機的基本構造:是由風輪，發電機裝置，調向器(尾翼)，塔架，限速安全機構儲能裝置，逆變器構成。如圖1所示。

其中發電機裝置又由:機頭，轉體，尾翼，葉片組成。可分為有螺旋槳型，無尾舵型，如圖1所示。

葉片:用來接收風力并且通過機頭轉為電能。

尾翼:使葉片始終對著來風的方向從而捕獲最大風能。

轉體:使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能。

機頭:轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。

風力發電機因風量不穩定，故其輸出變化的交流電，經過充電器部分的整流，再對蓄電瓶充電，使風力發電機發電產生的電能轉換成相關的化學能。然后用保護電路的逆變電源把電瓶里的化學能轉變成交流才能使用。其中發電機可分為三類:直流發電機，同步交流發電機，異步交流發電機。

4 微電網風力發電機

4.1 風力發電機的構造

風力發電機的參數如下:額定功率:45kW，額定轉速600r/min，額定轉矩715Nm，8極48槽，額定電壓380V，額定電流80A。采用釹鐵硼永磁體，電機直徑368mm，電機長度280mm，如圖2所示。

4.2 風力發電機的磁密分布

風力發電機的空載磁密云圖如圖4所示，可以看出，磁密最大為2.5T，發生在U型釹鐵硼永磁體對應的定子中部的齒槽處。風力發電機的額定負載磁密云圖如圖3所示，可以看出磁密最大為3T，由于定子電流產生的磁場和永磁體產生的磁場疊加。

4.3 風力發電機的轉速轉矩

風機轉動后經過齒輪箱升速后，機械轉速為573r/min(3600弧度/分)，發電機的負載電磁轉矩640Nm，發出電磁功率為38.4kW，如圖4所示。

5結語

本文設計的永磁發電機，具有體積小，功率密度高等特點，適合于微網小型風力發電。在電網不發達的農村地區，比如海島、西部高山、戈壁、邊防哨所，小功率的發電機比較暢銷，居民利用風能、太陽能、生物質能實現了電氣化。

參考文獻

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